Холодный расчет: когда и как использовать сжатый воздух вместо СОЖ

Многие специалисты привыкли считать смазочно-охлаждающие жидкости незаменимым компонентом обработки металлов. Существуют ситуации, где направленный поток сжатой воздушной среды демонстрирует превосходные результаты.

Основное преимущество такого подхода заключается в абсолютной сухости рабочей зоны. Это полностью исключает взаимодействие обрабатываемого материала с любой влагой, что критично для ряда сплавов.

Возьмем обработку чугуна, особенно серых его марок. При использовании жидких охладителей образуется липкая абразивная паста из графитовой пыли и связующего.

Она быстро забивает полости фрез, приводит к интенсивному абразивному износу режущих кромок и ухудшает качество поверхности. Подавая воздух под давлением 5-6 бар, мы эффективно удаляем стружку из реза. Это продлевает стойкость инструмента с твердосплавными пластинами на 40-50% по сравнению с затоплением эмульсией.

Работа с магниевыми сплавами требует особых мер предосторожности из-за их высокой пирофорности. Контакт мелкой стружки с водосодержащими жидкостями может привести к ее возгоранию.

Применение сжатого воздуха, прошедшего через осушитель, решает данную задачу. Он не только отводит тепло, но и удаляет опасную стружку из зоны реза, минимизируя риски. Для этих целей давление в системе должно поддерживаться на уровне не менее 6 бар.

Алюминий и его сплавы, особенно с высоким содержанием кремния, склонны к налипанию на режущую кромку. Жидкостное охлаждение не всегда успевает предотвратить это явление.

Мощный воздушный поток, особенно при фрезеровании с высокой скоростью подачи, сдувает стружку, не давая ей привариться. Эффективность возрастает при использовании термостойкого инструмента с покрытием, например, TiB2. Скорость резания при таком сухом процессе часто повышают на 15-20% для лучшего теплоотвода с стружкой.

Тонкостенные детали, подверженные деформации, – еще одна сфера для воздушного охлаждения. Жидкостные СОЖ создают значительное гидродинамическое давление на заготовку.

Оно может привести к ее прогибу и вибрациям, что ухудшает точность размеров и шероховатость. Легкий воздушный поток не оказывает механического воздействия, позволяя сохранить геометрию. При токарной обработке таких конструкций рекомендуют применять воздух с добавлением минимального количества мелкодисперсной смазки, так называемый MQL.

Система минимальной смазки служит компромиссом между сухим воздухом и затоплением. Она подает точно дозированный объем масла в воздушный поток, создавая аэрозоль.

Расход масла крайне мал, обычно в пределах 10-50 мл/час, что почти не оставляет следов на детали. Это оптимально для чистовых операций, где требуется чистота поверхности, но необходимо снизить трение. Подача осуществляется через специальные форсунки или непосредственно через каналы в инструменте.

Эффективность воздушного охлаждения напрямую зависит от правильной организации системы. Ключевой параметр – точка росы.

Воздух, подаваемый из цеховой сети, содержит влагу, которая при расширении и охлаждении конденсируется. Это сводит на нет все преимущества «сухой» обработки. Обязательна установка коалесцентных фильтров и рефрижераторных осушителей, понижающих точку росы до +3°C или ниже.

Важнейшим элементом становится сам воздушный патрубок. Его диаметр должен соответствовать расходу, а расположение – обеспечивать точную подачу потока в зону реза.

Используйте трубки Вентури для создания эффекта эжекции, что усиливает отвод стружки. Для большинства операций фрезерования и точения достаточно давления 5-7 бар при расходе 100-200 литров в минуту. Мощный вентилятор или чиллер, установленный рядом со станком, может заменить компрессор для некоторых задач.

Рассмотрим растачивание глухих отверстий малого диаметра. Жидкостной охладитель просто не успевает достичь кончика резца и отвести тепло, что ведет к его быстрому выходу из строя.

Направленная струя воздуха, подаваемая через специальный патрон с вращающимся соединением, идеально решает проблему. Она эффективно охлаждает резец и выносит стружку из глубокой полости, предотвращая заклинивание.

Шевингование и зубодолбление – процессы, где создается много мелкой стружки. Она, смешиваясь с жидкой смазкой, забивает зубья долбяка, ухудшая качество обработанного зуба.

Сухое воздушное охлаждение сохраняет зону реза чистой, обеспечивая стабильное качество поверхности. При этом стойкость инструмента возрастает, так как исключается термоудар от периодического контакта с жидкостью.

Настройка режимов резания при сухой обработке имеет свои особенности. Главный принцип – тепло должно уноситься со стружкой.

Этого добиваются увеличением скорости резания и подачи. Для твердосплавного инструмента на сталях скорость резания можно поднять на 10-15% по сравнению со стандартными рекомендациями для СОЖ. Геометрия режущей кромки должна быть острой, с положительными передними углами, чтобы стружка легко сходила.

Обработка жаропрочных сплавов, таких как никелевые, традиционно требует мощного охлаждения. Однако при черновом фрезеровании с большой глубиной резания иногда выгоднее использовать интенсивный обдув.

Он предотвращает тепловой удар для пластины, который возникает при чередовании нагрева в зоне реза и резкого охлаждения жидкостью. Это увеличивает стойкость по механическому износу, а не по усталостным трещинам.

При токарной обработке прутков из латуни или свинцовистых сталей воздух демонстрирует прекрасные результаты. Эти материалы дают элементную стружку, которая при использовании эмульсии образует густую пасту, забивающую направляющие и гидросистему станка.

Сухая обработка с обдувом производит сыпучую стружку, легко удаляемую конвейером. Это поддерживает чистоту оборудования и снижает затраты на его обслуживание.

Практический совет – всегда проверяйте совместимость станка с сухой обработкой. Некоторые модели ЧПУ имеют уплотнения, рассчитанные только на работу с жидкостями.

Длительная работа всухую может привести к их преждевременному износу и попаданию пыли в ответственные узлы. Для таких случаев существуют системы внешнего обдува, монтируемые непосредственно на суппорт или шпиндельную бабку.

Выбор между воздухом и жидкостью – это всегда технико-экономическое обоснование. Воздушное охлаждение исключает затраты на покупку, фильтрацию и утилизацию СОЖ.

Оно убирает необходимость мытья деталей после операции, что значительно сокращает технологический цикл. При этом первоначальные вложения в качественную систему подготовки воздуха могут быть существенными.

Подведем итог: сжатый воздух становится стратегическим выбором для обработки чугуна, магния, алюминия, тонкостенных и жаропрочных деталей. Его эффективность определяется сухостью зоны реза, правильным давлением и грамотным расположением сопел.

Этот метод требует адаптации режимов резания и специализированной оснастки, но часто окупается повышением стойкости инструмента и чистоты производства.